От молекулы к клетке
С давних пор людей интересовало происхождение живой материи. Сегодня многие ученые считают проблему зарождения жизни почти решенной. Им не ясно лишь, что сыграло роль “первой скрипки” нуклеиновые кислоты или белки. Существует немало гипотез, акцентирующих внимание, либо на отборе матриц (ДНК, РНК) в бесферментных условиях, либо на безматричном усовершенствовании древних ферментов. На наш взгляд, главный их недостаток - исключение тех этапов эволюции, которые предшествовали появлению и матриц, и ферментов. В настоящей работе построена полная модель эволюционного перехода от хаоса разнородных органических молекул к феноменальной сложности и упорядоченности клетки.
Около четырех миллиардов лет назад на Земле появились водоемы, в которых образовался так называемый первичный бульон. В нем присутствовали многие органические соединения: аминокислоты, азотистые основания, нуклеотиды, нуклеиновые кислоты, полипептиды и др. Возможность их синтеза под действием УФ-света, электрических разрядов и других энергетических факторов молодой Земли доказана многими экспериментами. Древняя атмосфера не содержала кислород, и пропускала УФ-излучение в области 260 нм. В таких условиях главным критерием отбора молекул первичного бульона была их устойчивость к ультрафиолету, способность не разрушаться при облучении, а сохранять свою структуру и свойства. Важнейшее значение имели внутримолекулярные и межмолекулярные переносы энергии.
В 60-х годах был открыт так называемый триплет-экситонный перенос энергии в нуклеиновых кислотах (ДНК или РНК) под действием УФ-света. Этот процесс начинается, когда одно из азотистых оснований полинуклеотидной цепи поглощает УФ-квант. Оно переходит в возбужденное триплетное состояние, после чего передает энергию соседнему основанию, а само возвращается в невозбужденное состояние. Перенос энергии по цепи идет при строгом соответствии квантовых свойств соседних оснований и оптимальных расстояниях между ними. Он продолжается до какого-либо нарушения однородной первичной структуры макромолекулы (модифицированного основания, перегиба цепи и др.), где энергия может высвободиться. Экспериментально доказано, что деструкции РНК происходят не в точках поглощения УФ-квантов, а в участках с внутренней предрасположенностью.
Для нас важно, что триплет-экситонный перенос успешно идет в биологической РНК, состоящей из стандартного набора 4-х азотистых оснований, соединенных 3'-5'-связями. В древних водоемах имелись разнородные нуклеиновые кислоты, изначально не обладавшие упорядоченной структурой. При УФ-поглощениях те фрагменты, в которых шел триплет-экситонный перенос, сохранялись, другие изменялись. Происходила селекция макромолекул, подобных биологическим.
Ясно, что при интенсивном УФ-облучении устойчивость РНК зависела не только от внутримолекулярных переносов, но и от передачи энергии вовне. Здесь требовались индуктивно-резонансные взаимодействия с какими-либо молекулами-акцепторами. Для них важно, чтобы дистанция донора энергии и акцептора не превышала некую пороговую величину (около 100А), а спектральная полоса флюоресценции донора перекрывалась с полосой поглощения акцептора. Подходящие спектральные полосы имели многие органические соединения первичного бульона. Но их использованию в качестве акцепторов индуктивно-резонансного переноса мешала удаленность от УФ-активированных РНК.
В живых клетках контакты молекул-доноров с молекулами-акцепторами обеспечивают специальные биокатализаторы - ферменты. Они состоят из синтезированных матричным путем полипептидов, сопряженных с некоторыми другими химическими группировками. Ферменты очень недолговечны. Их полипептидные компоненты должны постоянное обновляться.
Дополнительно
Разработка сенсора на поверхностно-акустических волнах
В условиях
современности проблема контроля за состоянием окружающей среды выходит на все
более ведущее место. Контроль этот осуществляется как стационарными приборами, так и портативными. К стационарным приборам
можно отнести инфракрасные спектрометры, газовые хроматографы, массовые
спектрометры и ...
Репрезентативная теория измерений и её применения
Репрезентативная теория
измерений (РТИ) согласно принятой в обзоре [1] классификации научных
направлений является одной из составных частей статистики объектов нечисловой
природы. Основные понятия этой теории и некоторые ее применения рассматривались
в обзорах [1,2], в которых приведено так ...